JPH02277704A - 独立気泡型の鉄系多孔体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は独立気泡型の鉄系多孔体とその製造方法に関す
る。本発明の独立気泡型の鉄系多孔体は、軽量な構造材
料や断熱材料や防音材料や耐衝撃材料として好ましい。

口従来の技術］ 独立気泡型の金属多孔体としては、アルミニウムの多孔
体が知られている。アルミニウムの多孔体は溶融アルミ
ニウムにチタン化水素等のガス発生物を添加し、凝固に
際して発生ガスをアルミニウムに内蔵させて製造する。

しかしガスの気泡を大きさを揃えて均一に分散させる事
は困難であるため、このアルミニウム多孔体は強度や気
泡密度等の特性が不均一で、設計上使用しづらい。また
アルミニウムは軟質であり耐熱性も低く、利用分野が制
限される。

［発明が解決しようとする課題］ 高強度でかつ高温でも使用できる金属の多孔体が安価に
製造できると、利用分野が拡大する。

また均一性に優れた独立気泡型の金属の多孔体が製造で
きると、強度や性能が高くなって、設計や使用が簡易と
なる。

本発明は高強度でかつ高温でも使用が可能で、かつ材質
の均一性が優れた金属の多孔体とその製造方法を提供す
るものである。

［課題を解決するための手段および作用コ請求項（１）
の発明を先ず説明する。第１図は本発明の鉄系多孔体の
例を示す図である。

本発明は多数の気泡を有する鉄系の焼結体で、各気泡は
揃った大きさでかつ隣接する他の気泡と相互に隔離され
ている。第１図（Ａ）で１及びＩＩは気泡で、鉄系焼結
の骨格２が多数の気泡１や気泡１１を結合して多孔質の
鉄系の焼結体を形成している。

各気泡１は例えば直径が略等しい揃った大きさで、また
各気泡１１も揃った大きさで、隣接する他の気泡１や１
１とは、鉄系焼結の骨格２によって隔離されている。

第１図（Ｂ）は本発明の鉄系多孔体体の他の例で、第１
図（Ａ）の気泡１のみを有し気泡１１を有しない鉄系多
孔体の例である。

本発明で気泡１や気泡１１はそれぞれが揃った大きさで
、また気泡１や気泡１１や鉄系焼結の骨格２は、幾何学
的に整然と配されている。従って本発明の多孔体は、強
度や気泡密度等の性能が均一である。

本発明で鉄系の焼結体とは１合金元素を含有しない鉄の
焼結体と、後で述べる合金元素を含有する鉄の焼結体を
総称するが、何れの場合も従来のアルミニウムの多孔体
に比べて高強度でかつ優れた耐熱性を有している。

次に本発明の鉄系多孔体の製造方法を説明する。

本発明では平均粒径が５０μ以下の鉄系粉末を使用する
。後で述べる如く鉄系粉末は塗着材を用いて有機高分子
球体に塗着し、あるいは結合液と混線して混線液を形成
してこの混線液を有機高分子球体に塗着し、あるいは混
線液と有機高分子球体とを混ぜ合せて型枠に流し込んで
使用する。この際鉄系粉末の平均粒径が５０μ超では、
有機高分子球体に塗着しづらく、また混線液がスラリー
状とならないために混練液を有機高分子球体に塗着しづ
らく、また混練液がスラリー状でないため型枠内に流し
込んでも有機高分子球体の隙間に均等に充満させ難い。

また本発明は通常の高圧プレス等を用いる粉末焼結とは
異なるため、平均粒径が５０μ超の鉄系粉末では焼結後
の鉄系粒子の結合力か弱く、鉄系の焼結体を形成し難い
。

第２図は、鉄系粉末の炭素含有量（以下［Ｃ］と略記す
る）と酸素含有量（以下［Ｏコと略記する）が。

鉄系焼結の骨格の性質に及ぼす影響を説明する図である
。

炭素を２．１重量％以上含有する銑鉄や、更にＮｉ、Ｃ
ｒ。

Ｃｕ、Ａ　Ｑ　、Ｐ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ等の合金元素を含
有する銑鉄は、レデブライト、セメンタイトが機械粉砕
時の核となり、容易に粉砕できる。特に溶銑を急冷する
とか、　Ｃｒ、Ｖ、Ｓ等の含有量を高めて白銑化した銑
鉄は。

数μまでの微粉が機械粉砕で容易に製造できる。

また炭素を２．１重量％以上含有する鉄は粉砕しやすい
ため、アトマイズ鉄粉等に比較して鉄系粉末の製造が容
易である。さらに［Ｃ］が２．１％以上の鉄系粉末は、
焼結に際して低融点レデブライト共品量が多く液相化し
易いため、粒子間の結合が強固な鉄系焼結の骨格が得ら
れる。

第２図の領域１０で示した、［Ｃ］が２．１％以上でか
つ［Ｏ］が４／３（［Ｃ］−２）〜４／３（口Ｃ］＋７
）の鉄系粉末は、焼結に際して鉄系粉末中の炭素が自己
脱炭されて、靭性のよい鉄系焼結の骨格が得られる。

第２図の領域２０で示した、［Ｏ］が４／３（［Ｃツー
２）未満の鉄系粉末では、自己脱炭が不十分で、高炭素
の鉄系焼結の骨格となるが、靭性が不十分で熱歪みワレ
等が発生し易い。

第２図の領域３０で示した。［０コが４／３（［Ｃ］＋
７）超の鉄系粉末では、未還元の酸化物を含有する鉄系
焼結の骨格となるが、鉄系の焼結体は強度が低くまたこ
われ易い。

この［Ｃ］と［Ｏ］の調整は、銑鉄あるいは合金元素を
含有する銑鉄を、湿式粉砕して粉砕中に粉末の表面を酸
化して行う事もできるし、また例えば乾式粉砕した後水
中で煮沸し粉末の表面を酸化して行う事もできる。

［Ｃ］と［ｏ］の調整はまた、鉄粉、表面を酸化した鉄
粉、鉱石粉から選ばれる１または２以上と炭素粉末とを
調合する事によっても行うことができる。

鉄系粉末として、Ｓｉ＜１％、Ｋｎ＜２％、Ｎｉ＜１０
％。

Ｃｒ＜２５％、Ｍｏ＜３％、Ｃｕ＜３％、ＡＱ＜５％か
ら選ばれる１または２以上の合金成分を含有する鉄系粉
末を用いると、合金成分を含有した鉄系焼結の骨格の鉄
多孔体が得られるが、合金成分は通常の合金鋼における
と同様に、鉄多孔体の強度や靭性や耐熱性や耐食性等を
改善する。合金成分を含有させる方法としては、例えば
合金成分を含有する銑鉄を製造して粉砕してもよいが、
例えばＮｉやＴｉやＣｕやＳＬ等は黒鉛化を促進して白
銑化しづらく、機械的粉砕が困粱な場合が生ずる。この
ような場合は合金金属や合金鉄を別途に５０μ以下の粒
度に粉砕して混合せしめる。

本発明の請求項（２）で、鉄系多孔体を製造する際は、
この鉄系粉末を有機高分子球体の表面に塗着する。有機
高分子球体の表面に塗着液を塗って鉄系粉末を投射する
と鉄系粉末は、有機高分子球体の表面に塗着する。ある
いは鉄系粉末と結合液とを混練してスラリー状の混練液
を作り、有機高分子球体を混練液に浸漬、乾燥しあるい
は浸漬、乾燥を繰り返して塗着させる事もできる。この
際の結合液としては、例えばＣＭＣやポリアクリル酸等
の有機性バインダーをあるいはリン酸ボンドや水ガラス
等の無機質バインダーを水に溶解して用いることができ
る。

本発明では、鉄系焼結体の気泡を形成するために有機高
分子球体を用いるが、有機高分子球体は、後で述べる熱
処理に際して、熱分解し消失して脱脂されて独立気泡を
形成する。有機高分子球体は従って、熱処理に際して、
ガスの発生量が少なく容易に熱分解して消失するものが
望ましい。

有機高分子球体としては比重の大きいものを使用すると
熱処理に際してガスの発生量が多く、例えば鉄系焼結の
骨格２が薄肉の場合はこのガスの圧力によって鉄系焼結
の骨格２には割れや変形や脱落が両生ずるに至る。しか
し例えばスチレン膨張発泡体（種水化成（■）製）やエ
クスパンセルプラスチック微小中空球体（ジャパンフェ
ライト■１Ｋ）やエポキシバルーン（エマーソンヵミン
グ社製）等は、使用に先立って発泡処理（蒸気、熱水等
による加熱処理）する事によって、見掛比重が０．３０
以下の中空のあるいは多数の微細な空孔を有する有機高
分子球体となる。これ等の発泡処理して見掛比重を０．
３０以下とした有機高分子球体を用いると、熱処理に際
してガスの発生量が少ないために、鉄系焼結の骨格２に
は割れや変形や脱落が発生することはない。

鉄系粉末を塗着した多数の有機高分子球体は型枠内に充
填し、乾燥し、熱処理する。熱処理に際して、有機高分
子球体は１００〜４００℃で１５〜３０分間で熱分解し
て消失する。また７００〜１０００℃で自己還元反応が
起り、１０００〜１２００℃で鉄系粉末の焼結が完了す
る。

第１図（Ａ）はこの請求項（２）の方法で製造した鉄系
多孔体の例であるが、有機高分子球体が消失した空隙が
気泡１となり、鉄系粉末を塗着した有機高分子球体を型
枠に充填した際の、有機高分子球体の相互の隙間が気泡
１１となる。また有機高分子球体に塗着した鉄系粉末が
鉄系焼結の骨格２となる。上記の如く請求項（２）では
、揃った大きさの有機高分子球体を幾何学的に整然と型
枠内に充填するため、鉄系多孔体の各気泡１や１１はそ
れぞれ揃った大きさで、また鉄系焼結の骨格２も揃った
寸法で幾何学的に整然と配されている。従って本発明の
請求項（２）で製造した鉄系多孔体は、強度や気泡密度
等の性能が高い精度で均一である。

本発明の請求項（３）で、鉄多孔体を製造する際は、鉄
系粉末と結合液とを混練して混練液を形成し、多数の有
機高分子球体と該混練液とを混ぜ合わせ、これを型枠内
に流し込んで、乾燥し、熱処理して鉄系多孔体を製造す
る。結合液や有機高分子球体は、請求項（２）で説明し
たものと同じものが使用できる。また熱処理に際しても
請求項（２）で説明したと同様に、有機高分子球体は１
００〜４００℃で熱分解して消失し、鉄系粉末は７００
〜１０００°Ｃで自己還元反応が起り、１０００〜１２
００℃で焼結が完了する。

第１図（Ｂ）はこの請求項（３）の方法で製造した鉄系
多孔体の例である。有機高分子球体が消失した空隙が気
泡１となり、混線液は鉄系焼結の骨格２となる。尚請求
項（３）の方法では、有機高分子球体を型枠に充填した
際、有機高分子球体の相互の間隙は混練液で充たされて
いるため、気泡１１は発生しない。例えば管状や凹凸を
有する複雑な形状の鉄系多孔体の製品を製造する際には
、製品の形状に見合った複雑な形状の型枠を予め用意し
、この複雑な形状の型枠内に鉄系粉末や有機高分子球体
を特徴する請求項（３）は有機高分子球体と鉄系粉末を
含有した混線液とを混ぜ合せた流動液状物を型枠内に流
し込むため、複雑な形状の型枠内にも鉄系粉末や有機高
分子球体を、容易に均一に充填することができる。この
本発明の請求項（３）でも、気泡１や鉄系焼結の骨格２
は幾何学的に整然と配されている。

従って本発明の請求項（３）で製造した鉄系多孔体も、
強度や気泡密度等の性能が高い精度で均一である。

［実施例１］ Ｃ：４．０％、Ｓｉ：０．０５％、Ｍｎ：０．５０％、
Ｃｒ：０．１０％、Ｐ：０゜０１％、Ｓ：０．０２％の
溶銑を粒銑とした後、湿式ローラーミルで粉砕して、平
均粒径が約１０μの銑鉄粉末を製造した。この銑鉄粉末
の成分は、Ｃ：３．８％。

Ｓｉ：０．０５％、Ｋｎ：０．５０％、Ｃｒ：０．０５
％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０２％、酸素＝５．５％
であった。この粉末をＣＭＣの水溶液である結合液と混
練して、スラリー状の混線液とした。直径が１０ｍｍの
スチレン発泡球体にこの混線液を、浸漬、乾燥を繰り返
して厚さ０．５１に塗着した。混練液を塗着したスチレ
ン発泡球体は箱型の型枠内に３段積みに充填した。また
同じスラリー状の混線液に直径が２ｍｍのスチレン発泡
体を含浸し１球体表面に混線液が付着している状態で、
他の箱型の型枠内に流し込んだ。二つの型枠は何れも、
熱処理炉で窒素雰囲気中で、１５０℃で脱脂し、８００
℃に約１５分間保定して自己還元し、１２００℃で１２
０分間保定して鉄系多孔体を製造した。

直径が１０ｍｍのスチレン発泡球体を用いた鉄系多孔体
は、第１図（Ａ）の気泡の配置で、直径が２ｍｍのスチ
レン発泡球体を用いた鉄系多孔体は第１図（Ｂ）の気泡
の配置であった。何れの鉄系多孔体も、機械的性質や気
泡の分布は高い精度で均一であった。

［実施例２］ 酸素と炭素を含有する各種の鉄系粉末を用いて。

本発明の方法で各種の独立気泡型の鉄系多孔体を製造し
た。その製造の概要と、鉄系多孔体の比重及び曲げ強度
を第１表に示した。何れの鉄系多孔体も、高い精度で均
一な性能を有していた。

［発明の効果］ 本発明の独立気泡型の鉄系多孔体は、従来の独立気泡型
のアルミニウム多孔体に比べて、安価に製造でき、高強
度で耐熱性に優れ、且つ強度や気泡密度等が高い精度で
均一である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鉄系多孔体の例を示す図、第２図は鉄
系粉末の［Ｃコと［Ｏ］の望まし°い範囲を説明する図
、 である。 １：気泡、　２：鉄系焼結の骨格、１１：気泡。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の気泡を有する鉄系の焼結体で、各気泡は揃
   った大きさでかつ隣接する他の気泡と相互に隔離されて
   いることを特徴とする、独立気泡型の鉄系多孔体。
2. （２）平均粒径が５０μ以下の鉄系粉末を多数の有機高
   分子球体の表面に塗着し、これを型枠内に充填し、乾燥
   し、熱処理して有機高分子球体を脱脂し鉄系粉末を焼結
   する、独立気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。
3. （３）平均粒径が５０μ以下の鉄系粉末と結合液とを混
   練して混練液を形成し、多数の有機高分子球体と該混練
   液とを混ぜ合わせ、これを型枠内に流し込んで、乾燥し
   、熱処理して有機高分子球体を脱脂し鉄系粉末を焼結す
   る、独立気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。
4. （４）鉄系粉末が下記［１］式を満足する量の酸素と炭
   素とを含有する鉄系粉末である、請求項（２）または（
   ３）に記載の独立気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。 ［Ｃ］＞２．１％、４／３（［Ｃ］−２）＜［Ｏ］＜４
   ／３（［Ｃ］＋７）・・・［１］但し［Ｏ］：鉄系粉末
   の酸素含有量（重量％）［Ｃ］：鉄系粉末の炭素含有量
   （重量％）
5. （５）鉄系粉末が、銑鉄あるいは合金元素を含有する銑
   鉄を、粉砕中に粉末の表面を酸化し、あるいは粉砕後に
   粉末の表面を酸化した、酸素と炭素とを含有する鉄系粉
   末である、請求項（４）に記載の独立気泡型の鉄系多孔
   体を製造する方法。
6. （６）鉄系粉末が、鉄粉、表面を酸化した鉄粉、鉱石粉
   から選ばれる１または２以上と炭素粉末とを調合した、
   酸素と炭素とを含有する鉄系粉末である、請求項（４）
   に記載の独立気泡型の鉄系多孔体を製造する方法。
7. （７）鉄系の焼結体が、Ｓｉ＜１％、Ｍｎ＜２％、Ｎｉ
   ＜１０％、Ｃｒ＜２５％、Ｍｏ＜３％、Ｃｕ＜３％、Ａ
   ｌ＜５％から選ばれる１または２以上の合金成分を含有
   する鉄系焼結の骨格で形成された鉄系の焼結体である、
   請求項（１）に記載の独立気泡型の鉄系多孔体。
8. （８）鉄系粉末が、Ｓｉ＜１％、Ｍｎ＜２％、Ｎｉ＜１
   ０％、Ｃｒ＜２５％、Ｍｏ＜３％、Ｃｕ＜３％、Ａｌ＜
   ５％から選ばれる１または２以上の合金成分を含有する
   鉄系粉末である、請求項（２）または（３）または（４
   ）または（５）または（６）に記載の独立気泡型の鉄多
   孔体を製造する方法。
9. （９）有機高分子球体が、発泡処理して見掛比重が０．
   ３０以下とした有機高分子球体である、請求項（２）ま
   たは（３）または（４）または（５）または（６）また
   は（８）に記載の独立気泡型の鉄系多孔体を製造する方
   法。